СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ Российский патент 2005 года по МПК A61B5/295 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам регистрации сигнала пульсовой волны, использующих измерение изменения оптической плотности кровенесущей ткани или ее отражательной способности. Изобретение может быть использовано для оценки параметров сердечного ритма, в частности частоты сердечных сокращений.

Известны способы и устройства для регистрации пульсовой волны, использующие изменения оптической плотности кровенесущих тканей под действием сердечных выбросов крови в сосуды и капилляры кровенесущей ткани. Для успешной регистрации сердечной деятельности, в частности периферического пульса в таких неблагоприятных условиях, как-то: внешняя засветка, холодные руки или тонкие пальцы, - разработаны схемотехнические решения, позволяющие устойчиво регистрировать сердечную деятельность. Однако основная проблема таких способов регистрации заключается в наличии в электрическом сигнале сердечной деятельности помех от артефактов движения. На выходной электрический сигнал пульсовой волны оказывает влияние не только оптическая модуляция светового потока в кровенесущей ткани, но и помеха, связанная с модуляцией светового потока от непроизвольного смещения датчиков оптоэлектронного преобразователя по контролируемому участку кровенесущей ткани. Следует отметить, что спектры помехи и сигнала могут совпадать. Поэтому различные методы обработки сигнала, например, схема обработки сигнала с нелинейным интегратором (SU 0603372, МПК А 61 В 5/024, 1978), повышение избирательности плетизмографического датчика путем сужения частотной полосы анализируемого сигнала (RU 93058039 А, МПК А 61 В 5/0245, 1993), - лишь несколько уменьшают уровень помех, которые остаются в электрическом сигнале пульсовой волны и мешают дальнейшему анализу этого сигнала. При определении частоты сердечных сокращений, а именно эту задачу часто решают, необходимо иметь электрический сигнал пульсовой волны, свободный от помех от артефактов движения.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату аналогом изобретения, принятым за прототип, является способ регистрации пульсовой волны (RU 2135076 С1, МПК А 61 В 5/024, 1998), в котором облучают участок кровенесущей ткани световым потоком, принимают рассеянный световой поток, промодулированный изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани и формируют электрический сигнал пульсовой волны. Для подавления помех от артефактов движения регистрируют текущее значение выходного электрического сигнала в виде последовательности цифровых отсчетов с дискретностью не менее 10 в 1 с. Из полученной последовательности определяют опорную пульсацию, далее в режиме анализа на текущем шаге выбирают участок длительностью 1-3 с и по установленным критериям определяют начальные и конечные точки единичных пульсаций, вычисляют коэффициент корреляции между опорной и упомянутыми единичными пульсациями. Определяют амплитуду упомянутых пульсаций и дисперсию шума, при этом, в случае совпадения с приведенными критериями, делается вывод о наличии физиологических пульсаций, обусловленных движением крови.

Устройство для осуществления способа-прототипа (RU 2135076 С1, МПК А 61 В 5/024, 1998) также прототип заявляемого изобретения. Устройство-прототип содержит оптоэлектронный преобразователь, включающий светоизлучающий и светоприемный датчики, работающие с рассеянным световым потоком, и формирователь сигнала пульсовой волны, вход которого подключен к выходу светоприемного датчика. Формирователь электрического сигнала пульсовой волны выполнен в виде совокупности блоков аналого-цифрового преобразования, оперативного запоминающего устройства и процессора, согласованных с оптоэлектронным преобразователем.

Недостатком данного способа и устройства, его реализующего, является то, что при совпадении спектров сигналов пульсовой волны и помехи от артефактов движения, он не в состоянии формировать электрический сигнал пульсовой волны, свободный от помех, связанных с модуляцией светового потока от непроизвольного смещения датчиков оптоэлектронного преобразователя по контролируемому участку кровенесущей ткани.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании способа и устройства для регистрации сигнала пульсовой волны свободного от помех, связанных с модуляцией светового потока от непроизвольного смещения датчиков оптоэлектронного преобразователя по контролируемому участку кровенесущей ткани.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в повышении помехозащищенности регистрации пульсовой волны за счет обработки участков сигнала пульсовой волны, не содержащих помех от артефактов движения.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в способе регистрации пульсовой волны, заключающемся в том, что облучают участок кровенесущей ткани световым потоком, принимают рассеянный световой поток, промодулированный изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани, и формируют электрический сигнал пульсовой волны, дополнительно формируют сигнал смещения светоизлучающего и светоприемного датчиков оптоэлектронного преобразователя относительно контролируемого участка кровенесущей ткани, контролируют уровень сигнала смещения и при наличии сигнала смещения исключают участки электрического сигнала пульсовой волны с помехой от артефактов движения из дальнейшей обработки.

Поставленная задача решается также тем, что сигнал смещения светоизлучающего и светоприемного датчиков оптоэлектронного преобразователя относительно контролируемого участка кровенесущей ткани формируют по разнице текущего и предыдущего измерений значения импеданса участка кровенесущей ткани, находящейся под датчиками.

Эти дополнительные процедуры являются отличительными признаками заявляемого способа относительно способа-прототипа.

Техническая реализация поставленной задачи в части устройства заключается в том, что в устройство для регистрации пульсовой волны, содержащее оптоэлектронный преобразователь, включающий светоизлучающий и светоприемный датчики, работающие с рассеянным световым потоком, и формирователь сигнала пульсовой волны, вход которого подключен к выходу светоприемного датчика, введены блок формирования сигнала смещения и ключ, при этом выход формирователя сигнала пульсовой волны соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к выходу блока формирования сигнала смещения.

Блок формирования сигнала смещения содержит два измерительных электрода, подключенных к раздельным входам измерителя импеданса, выход которого прямо и через блок задержки соответственно соединен с раздельными входами компаратора, выход которого является выходом блока формирования сигнала смещения.

Конструктивно, светоизлучающий и светоприемный датчики оптоэлектронного преобразователя и измерительные электроды жестко связаны друг с другом и расположены на поверхности телефонного наушника, соприкасающейся с контролируемым участком кровенесущей ткани.

Эти дополнительные блоки и связи являются отличительными признаками заявляемого устройства относительно устройства-прототипа.

Новизна настоящего изобретения заключается в подаче для дальнейшей обработки участков электрического сигнала пульсовой волны, не содержащих помех от артефактов движения.

Вышеперечисленные признаки отличают заявляемый способ регистрации пульсовой волны и устройство для его осуществления от прототипа и обуславливают соответствие этого решения критерию "новизна". Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства для регистрации пульсовой волны;

на фиг.2 представлена структурная электрическая схема блока формирования сигнала смещения;

на фиг.3 приведена схема расположения входных частей устройства для регистрации пульсовой волны на внутренней поверхности наушника.

Для регистрации пульсовой волны используют рассеянный световой поток. При этом можно использовать отраженный или прямой световой поток, промодулированный изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани. Прямой поток используется при регистрации сигнала пульсовой волны с мочки уха, ушной раковины, пальца, носа. Отраженный поток может быть использован для регистрации пульсовой волны при съеме сигнала пульсовой волны с различных участков тела и головы, с которых из-за их органолептических свойств нельзя получить прямой световой поток.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью светоизлучающего датчика облучают участок кровенесущей ткани световым потоком. С помощью светоприемного датчика принимают отраженный или прямой световой поток, промодулированный изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани. Затем формируют электрический сигнал пульсовой волны в аналоговом или дискретном видах. Одновременно с выше описанными процессами формируют сигнал смещения светоизлучающего и светоприемного датчиков относительно контролируемого участка кровеносной ткани. Контролируют уровень сигнала смещения и при его наличии прекращают выдачу электрического сигнала пульсовой волны.

Сигнал смещения оптоэлектронного преобразователя относительно контролируемого участка кровенесущей ткани формируют по разнице текущего и предыдущего, с постоянным временным сдвигом, измерений значения импеданса контролируемого участка кровенесущей ткани, находящейся под датчиками оптоэлектронного преобразователя.

Любое смещение датчиков относительно места съема сигнала пульсовой волны вызывает появление сигнала на выходе компаратора, запрещающего прохождение сигнала пульсовой волны через ключ. В выходном электрическом сигнале пульсовой волны полностью отсутствуют участки сигнала с помехой, вызываемой модуляцией светового потока от непроизвольного смещения датчиков оптоэлектронного преобразователя по контролируемому участку кровенесущей ткани.

Дальнейшее описание способа совместим с описанием работы заявляемого устройства для осуществления способа.

Устройство для регистрации пульсовой волны (см. фиг.1) содержит оптоэлектронный преобразователь 1, в состав которого входят светоизлучающий 1.1 и светоприемный 1.2 датчики, выход которого через формирователь 2 электрического сигнала пульсовой волны соединен с информационным входом ключа 3, управляющий вход которого подключен к выходу блока 4 формирования сигнала смещения. Выход ключа 4 является выходом устройства.

Блок 4 формирования сигнала смещения содержит (см. фиг.2) два измерительных электрода 4.1 и 4.2, которые подключены соответственно к раздельным входам измерителя 4.3 импеданса, выход которого прямо и через блок 4.4 задержки соответственно подключен к раздельным входам компаратора 4.5, выход которого является выходом блока 4 формирования сигнала смещения.

В данном устройстве светоизлучающий 1.1 и светоприемный 1.2 датчики оптоэлектронного преобразователя и измерительные электроды 4.1 и 4.2 расположены на поверхности телефонного наушника, соприкасающегося с участком кровенесущей ткани.

Светоизлучающий датчик 1.1 облучает световым (инфракрасным) потоком место съема пульсовой волны. Использование светоприемным датчиком 1.2 отраженного или прямого сигнала зависит от конкретного места съема с человека сигнала пульсовой волны. При расположении датчиков 1.1 и 1.2 на внутренней поверхности наушника используется отраженный сигнал светового потока от кровеносной ткани для регистрации пульсовой волны. При этом датчики 1.1 и 1.2 непосредственно контактируют с кровеносной тканью головы. Существует два варианта облучения кровеносной ткани: непрерывный и дискретный. В первом случае световой поток непрерывно облучает кровеносную ткань и характеризуется большими энергетическими затратами, которые могут привести к разогреву облучаемых тканей и большому потреблению электрической мощности от источника питания. Применение дискретного варианта работы светоизлучающего датчика 1.1 подразумевает проведение облучения кровеносной ткани световым потоком, яркость которого задается колебаниями с определенной частотой и скважностью (например, частота облучения 100 Гц, скважность 10). Последний вариант характеризуется высокой энергетической экономичностью, возможностью использовать большие значения яркости излучающего потока и уменьшения влияния засветки.

Излучение светового потока в светоизлучающем датчике 1.1, а также преобразование светового потока в светоприемном датчике 1.2 может осуществляться традиционными методами с использованием выпускаемых промышленностью светодиодов и оптронных пар типов АЛ115, АЛ107, АОД111, ФД256 или светочувствительной матрицы (RU 2199943 С2, МПК А 61 В 5/02, 2001). Работа формирователя 2 сигнала пульсовой волны заключается в усилении, фильтрации (только для помех, лежащих ниже или выше спектра сигнала пульсовой волны) и дополнительной обработке.

Работа ключа 3 заключается в разрешении/запрещении прохождения сигнала пульсовой волны на выход заявляемого устройства.

Основу блока формирования сигнала смещения составляет измеритель 4.3 импеданса с электродами 4.1 и 4.2. Измеритель 4.3 импеданса осуществляет измерение импеданса кровенесущей ткани под светоизлучающим и светоприемным датчиками. Это измерение осуществляется традиционными методами, используемыми в реографии. В реографии существует две схемы измерения: двухэлектродная (биполярная) и четырехэлектродная (тетраполярная). В качества примера реализации в заявляемом устройстве используется двухэлектродная схема.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам регистрации сигнала пульсовой волны. Способ формирования сигнала пульсовой волны заключается в облучении контролируемого участка кровенесущей ткани световым потоком, приеме рассеянного светового потока, промодулированного изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани и формировании электрического сигнала пульсовой волны, при этом формируют сигнал смещения светоизлучающего и светоприемного датчиков оптоэлектронного преобразователя относительно контролируемого участка кровенесущей ткани по разнице текущего и предыдущего значений сигналов импеданса контролируемого участка и при наличии его формируют сигнал запрета на прохождение электрического сигнала пульсовой волны для исключения помех от артефактов движения из дальнейшей его обработки. Устройство для формирования сигнала пульсовой волны содержит оптоэлектронный преобразователь, включающий светоизлучающий и светоприемный датчики и формирователь сигнала пульсовой волны, вход которого подключен к выходу светоприемного датчика, блок формирования сигнала смещения содержит два измерительных электрода, подключенных к раздельным входам измерителя импеданса, выход которого, прямо и через блок задержки соответственно, соединен с раздельными входами компаратора, выход которого, являющийся выходом блока формирования сигнала смещения, подключен к управляющему входу ключа, а информационный вход ключа соединен с выходом формирователя пульсовой волны. Изобретение позволяет повысить помехозащищенность регистрации пульсовой волны за счет обработки участков сигнала, не содержащих помех от артефактов движения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ формирования сигнала пульсовой волны, заключающийся в облучении контролируемого участка кровенесущей ткани световым потоком, приеме рассеянного светового потока, промодулированного изменением кровенаполнения в сосудах и капиллярах кровенесущей ткани, и формировании электрического сигнала пульсовой волны, отличающийся тем, что формируют сигнал смещения светоизлучающего и светоприемного датчиков оптоэлектронного преобразователя относительно контролируемого участка кровенесущей ткани по разнице текущего и предыдущего значений сигналов импеданса контролируемого участка и при наличии его формируют сигнал запрета на прохождение электрического сигнала пульсовой волны для исключения помех от артефактов движения из дальнейшей его обработки.2. Устройство для формирования сигнала пульсовой волны, содержащее оптоэлектронный преобразователь, включающий светоизлучающий и светоприемный датчики и формирователь сигнала пульсовой волны, вход которого подключен к выходу светоприемного датчика, отличающееся тем, что блок формирования сигнала смещения содержит два измерительных электрода, подключенных к раздельным входам измерителя импеданса, выход которого прямо и через блок задержки соответственно соединен с раздельными входами компаратора, выход которого, являющийся выходом блока формирования сигнала смещения, подключен к управляющему входу ключа, а информационный вход ключа соединен с выходом формирователя пульсовой волны.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что светоизлучающий и светоприемные датчики оптоэлектронного преобразователя и измерительные электроды жестко связаны друг с другом и расположены на поверхности телефонного наушника.